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蛍光 EEM-PARAFAC 分析による新しい anammox 自己形成型動的膜バイオリアクターのファウリング挙動の洞察
Insights into fouling behavior in a novel anammox self-forming dynamic membrane bioreactor by the fluorescence EEM-PARAFAC analysis.
PMID: 32654034 DOI: 10.1007/s11356-020-09944-1.
抄録
嫌気性アンモニウム酸化(anammox)自己形成型ダイナミックメンブレンバイオリアクター(SFDMBR)のファウリング挙動を明らかにし、ファウリングを制御したナイロンメッシュをフィルターとして使用し、アナモックスプロセスを成功させた。アナモックスSFDMBRとMBR(PVDF精密ろ過膜を使用)におけるアナモックススラッジ及び汚濁物質の特性を比較した結果、SFDMBRでは膜圧を10kPa以下に50日間維持したまま82日間のろ過を行い、12Lmhのフラックスでファウリングを抑制することができた。その結果、ナイロンメッシュ上のファウリング剤のフミン酸含量はPVDF膜上のファウリング剤に比べて明らかに低いことがわかった。腐植酸は小粒で柔軟性があり、膜の細孔に詰まることを好むため、SFDMBRでは可逆的なファウリングが軽減されたが、これはMBR(20.7±2.9%)に比べて腐植酸の微生物含有量が少ない(8.8±1.0%)ことに起因すると考えられる。SFDMBRでは、ナイロンメッシュを用いた運転で腐植酸様物質が十分に排出されていることがファウリング抑制の主なメカニズムであると推測された。これらの結果は、アンモニウム含有廃水には腐植酸が多く含まれていることから、アナモックスSFDMBRの実用化の可能性を示唆するものであった。本研究は、新規なアナモックス SFDMBR のファウリング挙動における腐植酸の重要な役割を明らかにし、ファウリング制御戦略の指針を提供するものである。グラフィカルアブストラクト。
Fouling behavior of the novel anaerobic ammonium oxidation (anammox) self-forming dynamic membrane bioreactor (SFDMBR) was elucidated, which is using nylon mesh as the filter with controlled fouling and successful anammox process. Properties of anammox sludge and foulants in the anammox SFDMBR and MBR (using PVDF microfiltration membrane) were compared to analyze the alleviated fouling in the SFDMBR, of which transmembrane pressure could be kept below 10 kPa for 50 days in one filtration cycle of 82 days with flux of 12 L m h. Colorimetrical determination and excitation emission matrices-parallel factor (EEM-PARAFAC) analysis of the foulants showed that humic acid content in foulants on nylon mesh was obviously lower than that on PVDF membrane. Considering that the small-sized and flexible humic acids prefer to plug into membrane pores, the alleviated irreversible fouling in the SFDMBR could be attributed to the less microbial humic acid content of foulants (8.8 ± 1.0%) compared with the MBR (20.7 ± 2.9%). The adequate efflux of humic-like substances in the operation with nylon mesh was speculated to be the main mechanism of fouling control in the SFDMBR. These findings highlighted the potential of anammox SFDMBR in practical applications, because of the high humic acid contents in real ammonium-laden wastewater. Our study highlights the important role of humic acids in fouling behavior of the novel anammox SFDMBR to provide guidance for fouling control strategies. Graphical abstract.